专利名称：电子元件安装设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种用管嘴(nozzle)保持电子元件，并且将这样被保持的电子元件转移到基板(substrate)上，并将该电子元件安装在基板上的电子元件安装设备和方法。
背景技术：
在将电子元件安装在基板上的这种设备中，通过使用图像识别处理来修正电子元件的安装位置的技术被广泛地使用于提高基板上电子元件安装位置的精度。在该技术中，转移头从元件供应区段上拾取电子元件，并且用管嘴保持电子元件，然后沿着一路径移动到基板。照相机对被头部所保持的电子元件拍摄。该电子元件的被拍摄的图像被处理用于检测该电子元件的偏移。当该电子元件被定位到基板上时，该电子元件的偏移被修正，因此，该电子元件被精确地安装在它的正确位置。
使用照相机来识别电子元件位置的技术是众所周知的。其中第一技术是电子元件的下侧被光从下面照明，并且照相机接收从电子元件反射的光以拍摄该电子元件的图像。如此获得的图像被用于位置识别。另一种技术是透射照明技术。在该技术中，使用了反射板，它位于电子元件的后方。照明光投射到反射板上。照相机接收从反射板反射出的光。被拍摄的图像被用于位置识别。另外一种已知的技术使用两个不同的识别系统，它们各自被应用到需要被识别的它们自己的对象上，并且根据当前识别的对象被有选择性的使用。这些系统被安装在一个电子元件安装设备中(参见例子，JP-A-08-153997<日本专利申请公开号Hei 08-153997.>)。当前使用的电子元件安装设备包括不同的光源。根据被识别电子元件的形状、大小和表面属性，从那些光源中选择出一个光源。因而，可以选择性地使用多个识别系统。
在选择性地使用多个识别系统的这种电子元件安装设备中，安装位置的精度有时会由于识别系统的特性而变化。更具体的，当处于相同状态中的电子元件被一个同样的照相机拍照时，根据透射照明所拍出电子元件图像的位置识别结果有时不同于根据反射照明所拍出电子元件图像的位置识别结果。
该识别结果的不同是由不同的因素引起的例如，透射照明系统(其中，电子元件的外形轮廓被显示为图像)和反射照明系统(其中，电子元件的下侧形状被显示为图像)之间的不同，以及在透射照明中照明光的衍射等等。因此，当在选择性地使用多个识别系统的这种电子元件安装设备中，通过根据被识别对象来选择识别系统来进行元件安装操作时，如所述的位置识别结果的不同导致了元件安装精度的变化。

发明内容
因此，本发明的目的是提供一电子元件安装设备和方法，它保证了元件安装令人满意的精度，即使是在选择性地使用多个识别系统的这种电子元件安装设备中。
根据本发明的一个方面，提供了一种电子元件安装设备，它使用管嘴保持电子元件，将被保持的该电子元件传送到基板上并将电子元件安装在该基板上，该电子元件安装设备包括一包括该管嘴的安装头；一用于相对于所述基板移动安装头的头移动装置；一图像识别装置，其被设置在安装头的移动路径上，用于拍照并识别被管嘴所保持的电子元件；一照明系统，其用于在对电子元件拍照时，通过从多个不同光源中选择的光源照明该电子元件；一控制单元，其用于控制头移动装置进行元件安装操作，其中操作电子元件在基板上的定位和安装；和一偏移量存储器，用于存储在定位中根据所述识别装置的识别结果进行位置修正时对于对应自带光源的每种识别系统所使用的偏移量。
根据本发明的另一方面，提供一种电子元件安装方法，它是使用管嘴保持电子元件，将被保持的该电子元件传送到基板上并将电子元件安装在该基板上，该电子元件安装方法包括步骤相对于基板移动由管嘴保持着电子元件的安装头；通过安装头移动路径上的一识别装置，拍照并识别被管嘴所保持的电子元件；在拍照和识别步骤中，当对电子元件拍照时，通过一具有多光源的照明装置照明该电子元件；和将用所述安装头保持着的电子元件定位在基板上，并且将电子元件安装到所述基板上；其中，对于对应自带光源的每种识别系统，使用当在定位时根据所述识别系统的识别结果进行定位修正时所使用的偏移量。
根据本发明，对于结合有自带光源的每个识别系统预先存储的偏移量，被用于定位时根据识别单元的识别结果实行位置修正时所使用的偏移量。即使在选择性地使用多个识别系统的这种电子元件安装设备中，由使用其他类型的照明方法所引起的位置识别结果差异被修正以保证必要的元件安装精度。


图1是表示本发明一实施例电子元件安装设备的平面图。
图2是表示图1中电子元件安装设备的转移头单元的示意图。
图3是表示在图1的电子元件安装设备中使用的图像识别装置的解释性视图。
图4A和4B是解释在图1的电子元件安装设备中的元件识别处理的解释性视图。
图5是显示在图1的电子元件安装设备的控制系统的框图。
图6是显示由图1的电子元件安装设备进行的电子元件安装过程的流程的流程图。
应注意在图中，参考标记3表示基板，8是转移头单元，8a是转移头单元，11是线性照相机，14是吸取管嘴，15是照明单元，15a是透射照明光源，15b是反射照明光源，16是识别单元，17是照明选择器，23是安装位置偏移量存储器，24是用于透射照明识别的偏移量存储器和25是用于反射照明识别的偏移量存储器。
具体实施例方式
本发明优选的实施例将参考附图描述如下。图1是表示本发明一实施例电子元件安装装置的平面图。图2是表示图1中电子元件安装设备的转移头单元的示意图。图3是表示在图1的电子元件安装设备中使用的图像识别装置的解释性视图。图4A和4B是解释在图1的电子元件安装设备中的元件识别处理的解释性视图。图5是显示在图1的电子元件安装设备的控制系统的框图。图6是显示由图1的电子元件安装设备进行的电子元件安装过程的流程的流程图。
将参考图1描述电子元件安装设备的结构。在图1中，一传送路径2沿着X方向位于基座1的中央部分。该传送路径2引导基板3的移动，并且将基板3定位在电子元件安装在基板3上的位置。元件供应区段4位于传送路径2的两侧。每个元件供应区段4包括多个并排排列的带送进装置5。每个带送进装置5包括被带保持着的电子元件。该带被逐步送进以供应电子元件。
Y轴平台6A和6B位于基座1表面的两侧，并且X轴平台7A和7B被设置在Y轴平台6A和6B上并跨接它们。当Y轴平台6A被驱动时，X轴平台7A水平移动。当Y轴平台6B被驱动时，X轴平台7B在Y方向上水平移动。X轴平台7A和7B各自安装有转移头单元8和照相机9的组合体，照相机9与转移头单元8一起移动。
当Y轴平台6A和6B，以及X轴平台7A和7B被适当地组合且被驱动时，转移头单元8在水平方向上移动，并且从各自的元件供应区段4上吸取管嘴拾起电子元件，该电子元件被安装在位于传输路径2上的基板上。照相机9移到基板3上并对基板3拍照。Y轴平台6A和6B，以及X轴平台7A和7B构成一转移装置，它是一头移动装置，用于相对于基板3移动转移头单元8。
一线性照相机(line camera)11和一管嘴储存器12位于沿着转移头单元8从元件供应区段4到传输路径2上的基板3的移动路径上。该线性照相机构成一用于识别电子元件的识别装置，下文将会描述。线性照相机22从下侧对被转移头单元8所保持的电子元件拍照。该管嘴储存器12包括不同类型的管嘴，它们适用于被作为吸取对象的不同类型的电子元件。为了将吸取管嘴替换成新的，转移头单元8存取该管嘴储存器12。
将参考图2描述转移头单元8。如图所示，转移头单元8具有多种类型，并且包括用于保持电子元件的多个吸取头8a(堆置(mounding)的头)。该吸取头8a与照相机9一起移动。这些吸取头8a分别设置在吸取管嘴14上用于吸取式的保持着电子元件。
吸取管嘴14分别可拆卸地被联接到吸取头8a的管嘴保持器10上，并且可根据所安装的电子元件的类型选择地使用。当吸取管嘴14分别被连接到吸取头8a的Z轴马达8b驱动时，它们可在垂直方向独立地移动。此外，吸取管嘴14当其被普通的θ轴马达13驱动时，可绕θ轴旋转。
将参考图3来描述结合到该电子元件安装设备中的图像识别装置的设置。该图像识别装置是这样的一种识别装置从下侧给被吸取管嘴14所保持的电子元件P拍照，并且识别电子元件P的位置。该图像识别装置由用做拍照装置的线性照相机11和用于识别以及处理线性照相机的拍照结果的识别单元16组成。照明单元15设置在线性照相机11的光学系统周围。该照明单元15从下侧照明电子元件P，这样线性照相机11对电子元件P拍照。照明单元15包括两种类型的光源，一透射照明的光源15a和一反射照明的光源15b。
透射照明的光源15a和反射照明的光源15b各自由具有多个发光二极管的环形阵列组成。一照明选择器17选择透射照明的光源15a或反射照明的光源15b。通过控制照明选择器17的操作，位于照明单元15上的被照明的对象在不同照明方向中的一个方向上从下侧被选择性的照明。一安装在吸取管嘴14上的盘形反射板14a通过反射面14b向下反射从透射照明的光源15a射出的光。
将参考图4A和4B来描述通过使用透射照明的光源15a和反射照明的光源15b而实现的两种元件识别处理。图4A解释性的展示了使用透射照明光源15a的透射照明识别技术。透射照明的光源15a被这样设置，从透射照明的光源15a发出的光以一预定的照射角斜向入射到位于电子元件P上方的反射板14a上。从反射板14a上反射出的光从电子元件P的后方垂直入射到线性照相机11上。
该线性照相机11接收入射光以拍出电子元件P的图像18。在图像18中，除了电子元件P区域以外的背景区域是一亮图像18a，并且相应于电子元件P的区域是一暗图像19a。从图像18中提取出与暗图像19a的轮廓线相应的电子元件P的外形Pa，从而获得外形Pa的代表性位置(例如重心位置)，从而检测到电子元件P的位置。
外形Pa的位置包括透射照明识别特有的位置误差。因此，位于由识别位置偏移先前获得的特征偏移量Δxa和Δya的位置的外形Pt，是电子元件P的真实位置。换句话说，通过由透射照明识别获得的电子元件P的位置上加上偏移量Δxa和Δya(＝透射照明识别时的偏移量)获得电子元件P的真实位置。
图4B解释性的展示了使用反射照明光源15b的反射照明识别技术。反射照明的光源15b被这样设置，从反射照明的光源15b发出的光以一预定的照射角斜向入射到位于电子元件P的下侧表面上。从电子元件的下侧反射出的光垂直入射在线性照相机11上。
该线性照相机11接收入射光以拍出电子元件P的图像。在图像18中，除了电子元件P区域以外的背景区域是暗图像18b，并且对应于电子元件P的区域是亮图像19b。从图像18中提取出来与亮图像19b的轮廓线对应的电子元件P的外形Pb，从而获得外形Pb的代表性位置，从而检测到电子元件P的位置。
外形Pb的位置包括了反射照明识别特有的位置误差。因此，位于从识别位置移动先前获得的特征偏移量Δxb和Δyb的位置的外形Pt，是电子元件P的真实位置。换句话说，通过由反射照明识别获得的电子元件P的位置上加上偏移量Δxb和Δyb(＝反射照明识别时的偏移量)获得电子元件P的真实位置。
所述的两组偏移量(Δxa和Δya，以及Δxb和Δyb)由于照明技术的特性经常取不同的值。这种识别结果的差异由不同的因素引起例如，透射照明系统(其中电子元件的外形轮廓被显示为图像)和反射照明系统(其中电子元件的下侧轮廓被显示为图像)之间的不同，在透射照明中照明光的衍射等等。
因而，本实施例的电子元件安装设备存储了两组偏移量(Δxa和Δya，以及Δxb和Δyb)，并且根据当前使用的识别系统适当地选择这些组偏移量中的一组。对于电子元件在元件安装操作中被定位到基板上时的位置修正，该组偏移量加上安装位置偏移量，该安装位置偏移量用于修正由安装机械机构中固有的误差导致的位置偏移。这些偏移量的总和被用作位置修正值。
为了代替在所述位置识别处理中每次都将安装位置偏移量加到偏移量(＝识别偏移量)，可以使用以下的替代方法。安装位置偏移量被看作每个电子元件安装设备的特有参数，并且它预先包括在识别偏移量中。为了实现位置修正，该替代方法需要简单计算处理，将识别偏移量直接加到识别处理的结果中。
将参考图5描述用于电子元件安装设备的控制系统的结构。在图5中，通过使用存储在安装数据存储器22中的安装数据，包括CPU的控制单元20进行存储在安装程序存储器21中的元件安装程序，从而控制元件安装操作。安装程序存储器21存储着进行元件安装操作必需的各种程序，例如安装顺序程序。
安装数据存储器22存储安装操作必需的数据，例如代表基板3上电子元件的安装位置数据，电子元件特有的数据以及安装操作必需的数据。安装位置数据包括区别数据(distinction data)，该数据用于指出用于识别单个电子元件位置的识别系统，例如透射照明系统或反射照明系统。
安装位置偏移量存储器23存储偏移量值(安装位置偏移量)，用于修正由安装机构的机械误差导致的安装位置偏移。透射照明识别的偏移量存储器24存储使用透射照明系统进行位置识别时所使用的偏移量Δxa和Δya。反射照明识别的偏移量存储器25存储在使用反射照明系统进行位置识别时所使用的偏移量Δxb和Δyb。
机构驱动单元驱动X轴平台7A和7B，和Y轴平台6A和6B，以及吸取头8a的Z轴马达8b和θ轴马达13。识别单元16通过处理从照相机9的拍照操作收集的图像数据而识别出基板3的位置，以及通过处理从线性照相机11的拍照操作中收集的图像数据识别出被吸取管嘴14所保持的电子元件的位置。一照明选择器17选择透射照明的光源15a或反射照明的光源15b。该光源的选择是根据安装数据中用于指出位置识别系统的数据而进行的。
形成控制装置的控制单元20通过机构驱动单元26控制包括X轴平台7A和7B，Y轴平台6A和6B以及吸取头8a的Z轴马达8b和θ轴马达13的安装机构，因此被吸取头8a保持着的电子元件被定位到基板上并且被安装在该基板上。用于透射照明识别的偏移量存储器24和用于反射照明识别的偏移量存储器25组成用于存储偏移量的偏移量存储装置，该偏移量是定位时根据识别装置的识别结果来进行位置修正时对于结合有自带的光源的每种识别系统所使用的偏移量。
将参考图6中的流程图描述一种电子元件安装方法，该方法通过使用如此构造的电子元件安装设备而进行。在元件安装操作开始之前，从安装数据存储器22中读出关于电子元件安装其上的基板3的安装数据。当安装操作开始时，控制单元使得转移头单元8移动到元件供应区段4，并且使得转移头单元8上的吸取头8a吸取式地拾取电子元件(ST1)。然后，控制单元使得保持着拾起的电子元件的转移头单元8移动到线性照相机11上(ST2)。
根据读出的安装数据，控制单元区分用于识别被转移头单元8所保持的电子元件的识别系统(ST3)。具体地，控制单元区分用于识别电子元件位置的识别系统是透射照明识别系统还是反射照明识别系统，然后，选择相应于所选择的识别系统的照明方法。当选择的识别系统是透射照明识别系统时，该控制单元选择透射照明方法(ST4)。当选择的识别系统是反射照明识别系统时，该控制单元选择反射照明方法(ST5)。并且，该控制单元指令照明选择器17选择相应于所选择的识别系统的照明方法。然后，该控制单元读出相应于所选择的识别系统的偏移量(识别偏移量)(ST6)。具体地，该控制单元对于透射照明识别24从偏移量存储器中读出偏移量Δxa和Δya，或着对于反射照明识别25从偏移量存储器中读出偏移量Δxb和Δyb。
其后，对电子元件拍照。具体地，线性照相机11通过所选择的照明方法给电子元件拍照(ST7)。然后，识别单元16识别处理拍出的图像(ST8)。控制单元将偏移量加到识别处理的结果，并且将加法的结果作为元件位置输出(ST9)。这样，控制单元输出修正的或真实的元件位置，它不包括由使用不同识别装置而产生的识别处理结果的位置误差(参见图4A和图4B)。
随后，转移头单元8移动到基板3上面，并且它的吸取头8a降至基板3，将电子元件安装在基板3上。既然这样，电子元件的位置根据输出的真实位置被修正，然后，该电子元件被安装在修正的位置(ST10)。在必须修正安装机构固有的误差的情况下，偏移量和安装偏移量的总和的偏移量总和被用作实际的位置修正值。
因而，电子元件安装方法包括步骤相对于基板3移动用吸取管嘴14保持电子元件P的吸取头8a；对在吸取头8a的移动路径上的被吸取管嘴14保持的电子元件P拍照，并且通过识别单元16识别所照图像；和将被吸取头8a保持的电子元件P定位到基板3上并且将该电子元件安装在基板上。
对于结合有自带光源(透射照明的光源15a或反射照明的光源15b)的每个识别系统预先存储的偏移量，被用作在定位时根据识别单元16的识别结果实行位置修正时所使用的偏移量。
因而，在选择性地使用多个识别系统的这种电子元件安装设备中，当元件安装操作通过根据识别的对象选择合适的识别系统而实行时，不会存在位置识别结果差异引起元件的安装精度变化的问题。
工业适用性对于结合有自带光源的每个识别系统预先存储的偏移量，被用作在定位时根据识别单元的识别结果实行位置修正时所使用的偏移量。即使在选择性地使用多个识别系统的这种电子元件安装设备中，由使用其他类型的照明方法所引起的位置识别结果差异被修正以保证必要的元件安装精度。
权利要求
1.一种电子元件安装设备，其用于使用管嘴保持电子元件，将电子元件转移到一基板上，并且将该电子元件安装在所述基板上，该电子元件安装设备包括包括所述管嘴的一安装头；一头移动装置，其用于相对于所述基板移动所述安装头；一图像识别装置，其设置在所述安装头的移动路径上，用于拍照并识别被所述管嘴所保持的电子元件；一照明装置，其用于在对电子元件拍照时，利用从多个不同光源中选择的光源照明电子元件；一控制单元，其用于控制所述头移动装置以进行元件安装操作，在该元件安装操作中进行电子元件在所述基板上的定位和安装，和一偏移量存储器，其用于存储当在定位中根据所述识别装置的识别结果进行位置修正时对于对应其自带光源的每种识别系统所使用的偏移量。
2.根据权利要求1中所述的电子元件安装设备，其中所述照明装置包括一透射照明的光源，其中电子元件的外形轮廓被显示为图像，和一反射照明的光源，其中电子元件的下侧外形被显示为图像。
3.根据权利要求2中所述的电子元件安装设备，其中还包括一安装数据存储器，其用于存储用于指出从透射照明系统和反射照明系统中选择的用于识别单个电子元件位置的识别系统的区别数据。
4.根据权利要求3中所述的电子元件安装设备，其中还包括一照明选择器，其根据所述安装数据存储器中的差异数据来选择透射照明装置或反射照明装置。
5.根据权利要求4中所述的电子元件安装设备，其中所述偏移量存储器包括一用于透射照明识别的偏移量存储器，其用于存储透射照明识别时所使用的偏移量，和一用于反射照明识别的偏移量存储器，其用于存储反射照明识别时所使用的偏移量。
6.一电子元件安装设备，其用于使用管嘴保持电子元件，转移电子元件到一基板上，并且将电子元件安装在所述基板上，该电子元件安装设备包括包括一管嘴的一安装头；一头移动装置，其用于相对于所述基板移动安装头；一识别装置，其设置在所述安装头的移动路径上，用于拍照并识别被所述管嘴所保持的电子元件；一照明装置，其用于在对电子元件拍照时，利用从多个不同光源中选择的光源来照明电子元件；一控制装置，其用于控制所述头移动装置进行元件安装操作，在该元件安装操作中进行电子元件在所述基板上的定位和安装，和一偏移量存储装置，其用于存储在定位中根据所述识别装置的识别结果进行位置修正时、对于对应其自带光源的每种识别系统使用的偏移量。
7.根据权利要求1中所述的电子元件安装设备，其中所述照明装置包括一透射照明的光源，其中电子元件的外形轮廓被显示为图像，和一反射照明的光源，其中电子元件的下侧外形被显示为图像。
8.根据权利要求7中所述的电子元件安装设备，其中还包括一安装数据存储器，它用于存储用于指出从透射照明系统和反射照明系统中选择的用于识别单个电子元件位置的识别系统的区别数据。
9.根据权利要求3中所述的电子元件安装设备，其中还包括一照明选择器，它根据所述安装数据存储器中的差异数据来选择透射照明装置或反射照明装置。
10.根据权利要求4中所述的电子元件安装设备，其中所述偏移量存储装置包括一用于透射照明识别的偏移量存储器，它用于存储透射照明识别时所使用的偏移量，和一用于反射照明识别的偏移量存储器，它用于存储反射照明识别时所使用的偏移量。
11.一种电子元件安装方法，其用于使用一管嘴保持电子元件，转移电子元件到一基板上，并且将电子元件安装在基板上，包括以下步骤相对于所述基板移动保持着电子元件的一安装头；在所述安装头的移动路径上通过一识别装置对被所述管嘴所保持的电子元件拍照并识别；当在拍照和识别步骤中对电子元件拍照时，利用具有多个光源的照明装置来照明该电子元件；和将由所述安装头保持的电子元件定位在所述基板上，并且将电子元件安装在所述基板上；其中对于对应其自带光源的每种识别系统，使用当在定位时根据所述识别装置的识别结果进行位置修正时所使用的偏移量。
12.根据权利要求11中所述的电子元件安装设备，其中当电子元件被照明时，使用其中电子元件的外形轮廓被显示为图像的一透射照明的光源，或者其中电子元件的下侧外形被显示为图像的一反射照明的光源。
13.根据权利要求12中所述的电子元件安装设备，其中还包括区分用于识别电子元件的识别系统，并且从透射照明识别系统和反射照明识别系统中选择一种作为照明系统的步骤。
14.根据权利要求13中所述的电子元件安装设备，其中还包括指令所述照明选择器根据所选择的照明系统来选择照明装置的步骤。
15.根据权利要求14中所述的电子元件安装设备，其中当透射照明识别系统被用于识别时，使用用于透射照明识别的偏移量，和当反射照明识别系统被用于识别时，使用用于反射照明识别的偏移量。
全文摘要
一种电子元件安装设备，它使用安装头保持电子元件，通过线性照相机(11)给电子元件拍照，处理由线性照相机拍出的电子元件的图像，通过使用识别单元(16)来识别电子元件的位置，根据位置识别结果将该电子元件定位到基板上，并将该电子元件安装在该基板上。对具有自带光源的每种识别系统而预先存储的偏移量被用于定位时根据识别结果的位置进行位置修正时所使用的偏移量，其中该光源为透射照明的光源(15a)或反射照明的光源(15b)。即使在选择性地使用多个识别系统的这种电子元件安装设备中，由使用其他类型的照明方法所引起的位置识别结果差异被修正以保证必要的元件安装精度。
文档编号G01B11/03GK1711817SQ20038010342
公开日2005年12月21日 申请日期2003年11月25日 优先权日2002年12月3日
发明者永尾和英, 吉冨成之 申请人:松下电器产业株式会社